[发明专利]一种检测流动场中聚电解质构象转变的方法

说明书

本发明公开了一种检测流动场中聚电解质构象转变的方法。所述方法包括如下步骤：采用能反映局部环境变化的荧光染料标记待测聚电解质；构筑微流控通道；采用荧光关联光谱测定已知扩散系数的荧光染料在微流控通道中纵向高度上不同位置处的激发空间尺寸；采用荧光关联光谱测定外加注射泵提供不同表观流量时在微流控通道不同位置处的流场流速；以聚电解质的稀溶液作为流动介质，采用单分子荧光光谱测定稀溶液在微流控通道中不同位置处的光谱；根据标记于聚电解质的荧光染料的荧光强度得到聚电解质局部环境变化，根据局部环境变化反映抗衡离子的浓度变化，由抗衡离子的浓度变化即得聚电解质构象转变信息。本发明适用于研究流动场和其它因素并存时对聚电解质构象的影响。

技术领域

本发明涉及一种检测流动场中聚电解质构象转变的方法，属于高分子化学和高分子物理领域。

背景技术

电解质作为一种多电荷大分子能够在极性溶剂中解离出抗衡离子和带电主链，其在污水处理，药物传递，固体材料表面防粘附，功能化复合膜材料制备以及智能生物传感器方面有着广泛应用。理解聚电解质的构象及主链周围抗衡离子分布状态一直是高分子物理研究领域非常重要的基础问题，例如聚电解质在输运或者过滤提纯过程中会因为通道中流速的非均匀分布而受到剪切应力，这种流动剪切的存在会对聚电解质链构象产生一定的影响。生命体中的DNA和蛋白质都属于聚电解质，而且这类聚电解质在很多生命体过程中都处于流动场中，例如蜘蛛和桑蚕纺丝过程中丝蛋白在丝腺体中流动会受到剪切而聚集发生纤维化、血管中血栓的形成。

前人在研究聚电解质在流动场中构象变化已经做出了许多贡献，例如EwanW.Blanch(Biophys J,2009,96,4231)等人采用稳态剪切和拉曼光谱联用的方法观察到了溶菌酶在剪切流动场下的可逆解折叠过程；Johan Hofkens(J Phys Chem B,2014,118,5660)等利用宽场单子荧光显微镜研究了血友病因子在外加流场下随流速增加由塌缩状态变为伸展状态的过程；Nikil Kapur(Proc Natl Acad Sci U S A,2017,114,4673)等通过微流控技术制造的延展流场实现了外加流场诱导牛血清蛋白聚集。在以往的原位研究聚电解质在流场中构象的方法中荧光成像最为直观，但是该方法受到光学衍射极限的限制，要求被研究的聚电解质必须足够长，并且流场中流速不能太高。在实际情况中只有少量的蛋白质和DNA的尺寸比较大，绝大多数的聚电解质都不合适采用荧光成像的方法来研究其构象。因此，开发新的方法来原位研究流场中聚电解质构象变化变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位检测流动场中聚电解质链构象转变的方法，采用单分子荧光光谱和微流控技术联用的方式在单分子层面上表征聚电解质链构象。

本发明所提供的检测流动场中聚电解质构象转变的方法，包括如下步骤：

(1)采用能反映局部环境变化的荧光染料标记于待测的聚电解质上；

(2)构筑微流控通道，并用载玻片封装；

(3)采用荧光关联光谱(FCS)测定已知扩散系数的荧光染料在所述微流控通道中纵向高度上不同位置处的激发空间尺寸；

(4)利用步骤(3)校正的激发空间尺寸，采用荧光关联光谱测定外加注射泵提供不同表观流量时在所述微流控通道不同位置处的流场流速；

(5)以所述聚电解质的稀溶液作为流动介质，采用单分子荧光光谱测定所述稀溶液在所述微流控通道中不同位置处的光谱；

根据标记于所述聚电解质的所述荧光染料的荧光强度得到所述聚电解质局部环境变化，根据所述局部环境变化反映抗衡离子的浓度变化，根据所述抗衡离子的浓度变化即得到所述聚电解质构象转变信息；

所述抗衡离子来自于所述能反映局部环境变化的荧光染料。

上述的方法中，所述聚电解质可为多电荷软物质体系，如为DNA、RNA、蛋白质、多糖等。